氮添加和凋落物处理对中亚热带山地森林土壤呼吸的影响

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随着人类活动的加剧,大气氮沉降量正在逐渐增加,中国已经成为全球三大高氮沉降区域之一,这一现象还在逐渐的增强,将会对全球碳循环产生重要的影响。氮沉降会改变森林的净初级生产力,促进植物生长,增加凋落物量等,进而影响地下碳循环以及土壤呼吸。随着森林类型、土壤的养分状况以及氮沉降量的不同,氮沉降对土壤呼吸的影响也会存在差异,主要有促进、抑制和无影响三种。然而,目前的相关研究都主要集中在温带森林和针叶林地区,亚热带森林的氮沉降以及凋落物处理的研究还比较少。为此,我们以湖南八大公山国家级自然保护区常绿落叶阔叶混交林为研究对象,通过氮添加和凋落物处理(加倍和去除),研究该区域土壤呼吸的变化以及响应机制,为进一步研究亚热带森林土壤呼吸机理以及科学评价亚热带森林碳循环提供数据支撑。主要研究结果如下:1、不同氮添加的土壤呼吸速率之间没有显著的差异。不同处理的土壤呼吸与温度的变化趋势类似,最大值一般出现在气温较高的7-8月份,对照、低氮和高氮处理土壤呼吸平均速率分别为1.91、1.60和1.52 μmol CO2·m-2s-1,高氮和低氮处理对土壤平均呼吸速率没有显著的影响,氮沉降短期内对土壤呼吸没有显著的影响,但随着氮浓度的升高,平均呼吸速率有下降的趋势。2、自养呼吸和异养呼吸具有明显的月动态特征,氮处理没有改变自养和异养呼吸的月动态特征,高氮、低氮和对照处理对自养呼吸和异养呼吸没有显著影响,自养呼吸通量小于异养呼吸通量。3、凋落物添加和去除对土壤呼吸具有显著影响:添加凋落物使土壤呼吸速率增加了34.5%,去除凋落物使土壤呼吸降低了23.9%。去除凋落物所降低的土壤呼吸速率要低于添加凋落物所增加的土壤呼吸速率,说明凋落物对土壤呼吸的影响不仅来自于凋落物本身,还可能来自于由凋落物的分解而产生的激发效应;去除和添加凋落物并没有改变土壤呼吸的月动态变化特征,最大值均出现在7月份。4、氮添加和凋落物处理没有耦合作用:在氮添加处理中,添加凋落物提高了土壤呼吸平均速率,低氮处理情况下提高了11.5%,高氮处理提高了42.5%,而去除凋落物在低氮处理中使土壤呼吸降低了34.9%,但在高氮条件下却提高了3%。在同一氮处理水平下(低氮、高氮或者对照),添加/去除凋落物处理之间差异均显著,但与对照差异均不显著,结果说明氮可能对凋落物的激发效应有影响,不同浓度的氮对激发效用的影响可能存在差异,这可能与所输入的C/N有关。结果表明,氮添加对土壤呼吸没有显著影响,但凋落物的去除/添加对土壤呼吸有显著影响。在不同氮添加处理下,凋落物处理对土壤呼吸的影响存在差异,可能是氮素水平影响了凋落物对土壤呼吸的作用。本实验处理时间较短,氮沉降和凋落物对土壤呼吸的影响还需要长期监测,更好地预测和评估土壤的碳循环过程。
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